圖片來源：圖蟲創(chuàng)意

一.引言

近幾年大家常常聽到STEAM教育這個詞，似乎一夜之間所有的培訓機構(gòu)的課程都變成了STEAM課程。每個人都知道STEAM是科學，技術，工程，藝術，數(shù)學多學科綜合。但是具體再問怎么綜合，怎么實施，很多人就懵了。在最近的新課程開發(fā)中較全面地了解了國內(nèi)外組織，機構(gòu)對STEAM的相關研究和課程層面的探索，在此從STEAM理論到落地實施過程進行分析。

二.什么是STEAM

• 2.1 STEAM發(fā)展史

美國的教育最開始是單學科教育，然后在20世紀60年代轉(zhuǎn)變?yōu)镾TS教育（科學，技術，社會）。然后在1986年在美國國家科學委員會報告《本科階段的科學、數(shù)學和工程教育》中提出了STEM概念，緊接著在2006年美國維吉尼亞科技大學的Georgette Yakman首次在他的論文中提到將Arts（藝術）融入STEM，變成STEAM（也作STE@M），2010年美國藝術與科學協(xié)會（AAAS）將該論文收入其BMENA計劃書中，自此STEAM教育說法漸漸被接受。下圖所示為Georgette Yakman論文中對STEAM架構(gòu)的解析圖。

圖 1Georgette Yakman的STEAM架構(gòu)圖

從圖中我們可以看到Georgette Yakman對STEAM教育的理解，他首先是將S,T,E,M在第三層融合為STEM，然后在金字塔第四層將STEM與A融合為STEAM，從而達到終生素質(zhì)學習的目的。國內(nèi)外有很多專家學者對這個架構(gòu)進行解析和研究，在此我不再贅述。

• 2.2 STEAM定義

首先分析各個字母代表的含義，Science代表了定理等反映自然，社會，思維等客觀規(guī)律的知識體系；Technology代表了我們用來解決問題的工具、方法和經(jīng)驗的總稱；Engineering代表的是使用知識體系和工具等技術實施解決方案；Mathematics則是指量化研究物體的數(shù)量關系和空間形式的科學。

從教育理念上來看，STEAM教育強調(diào)整合科學、技術、工程、數(shù)學和人文藝術領域的內(nèi)容，將知識的獲取、方法與工具的利用以及創(chuàng)新生產(chǎn)的過程進行有機的統(tǒng)一，著重培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)，鍛煉解決問題的能力。

在這里我們可以發(fā)現(xiàn)，目前有相當一部分人把單純的代表學科知識綜合應用的Engineering當成了STEAM，認為只要包含了幾種不同學科知識點的課程就可以算是STEAM課程。要知道STEAM中的單獨一個E可是就包含了電氣工程、化學工程、機械工程、海洋工程、流體工程、土木工程等若干個知識體系。

此時我們可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有STEAM架構(gòu)中的S和E有一些重合部分，其中E所包含的各項工程科學是由基礎的物理，化學，生物等基礎學科在某個特定領域的特定場景的應用，而這些基礎學科又是S組成的一部分。在實際實施中我們會發(fā)現(xiàn)這種定義形式不易把握，實操難度較大。美國也針對課程實施上進行了諸多研究和實驗，如2012年開始在美國大范圍開展的“826全美”實驗，通過寫作統(tǒng)籌整個流程，淡化STEAM各環(huán)節(jié)。類似這種探索和實驗很多，在這里不一一列舉。

三.從項目實施層面解析STEAM

STEAM教育最終目的是培養(yǎng)學生解決問題的能力。那么圍繞解決問題的過程來開展STEAM教育是否會取得更好的效果？實際上美國已經(jīng)有諸多這方面的探索，比如AEOP（美國國防部領頭，由諸多知名高校，教育組織聯(lián)合成立的一個專注STEAM教育的機構(gòu)）將“問題”可控化，針對K12依托陸軍研究相關主題的小問題開設課程GEMS，針對K16依托諸如JSS（太陽能汽車設計），TARC（制作火箭）將問題聚焦為完成某項具有指定要求的作品，在完成作品過程中培養(yǎng)問題解決能力。

既然如此，是否能將現(xiàn)有STEAM理論各項內(nèi)容進行調(diào)整，使其能與項目實施過程相匹配？經(jīng)過研究和分析，我將STEAM各學科涵蓋內(nèi)容進行相應調(diào)整，然后與解決問題流程進行匹配。首先將Science從反映自然，思維，社會等客觀規(guī)律，聚焦為根據(jù)掌握的知識分析問題的思維模式，Technology從解決問題的工具，方法，經(jīng)驗聚焦到問題解決方法，在方法中包含原來S中的知識；將Engineering聚焦為實際的操作解決問題能力；將Mathematics細化為在問題解決過程中的數(shù)據(jù)化分析，量化評估，具體如下圖所示。

圖 2項目實施與STEAM教育聯(lián)系

上圖以項目實施流程層面，在各個環(huán)節(jié)需要的知識與能力為媒介，鏈接STEAM。Arts融入了整個流程各個環(huán)節(jié)，故不單獨分割出。

四.對應課程設計方法

接下來以設計一課課程為例說明如何依據(jù)上面提到的STEAM架構(gòu)進行課程設計。

• 4.1問題設置

STEAM的核心在于解決問題，那么一個復雜程度可控的問題就顯得異常重要了。其需要綜合考慮學生的知識水平，理解能力等多方面，在此不贅述。本次選取問題為80%機構(gòu)做過的主題“智能澆花”，家里養(yǎng)了一盆花，但是經(jīng)常忘記澆水，需要設計一個能解決這個問題的裝置。

• 4.2問題分析

這里的問題分析是指根據(jù)相應的思維模式進行大綱制作。在這個案例中需要明確的有兩點：

1）為什么要做智能澆花器（明確目的）

2）怎么做智能澆花器（流程規(guī)劃）

圖 3澆花器問題分析

如上圖所示，澆花的原因是人沒有澆花但是花需要水，在方案上根據(jù)問題，我們可以初步分為兩個解決方向，每個方向需要解決的問題都可以引導學生從供-需雙方來解析出具體需要研究的問題。

• 4.3解決方案制定

在這一步需要針對具體問題，查找資料，深入了解花對水的具體需求（例如是土壤濕度低于50%需要澆水還是低于70%需要澆水），并學習能實現(xiàn)諸如自動澆水，特點時間提醒的方法，然后參考這些提出自己的解決方案。

在這個階段老師能夠給學生提供的是一些整理過的基礎資料，稍微深入一些的學習網(wǎng)站，知識鏈接等，總而言之就是給途徑，不給詳細細節(jié)。

• 4.4方案實施

方案實施是指將想法變?yōu)楝F(xiàn)實，使用軟硬件，激光切割，3D打印等技術及工具制作出實物。

在這個階段老師能夠提供的是一些工具及技術的指導

• 4.5方案效果評估

學生根據(jù)自己制作出的產(chǎn)品，測試效果，看能否達到需求。

老師此時給學生提供的是可以參考的記錄表格，分析表格，引導學生進行量化分析。

五.總結(jié)

STEAM教育的核心是解決問題，讓學生在項目中掌握解決問題的思維，解決問題的能力，擁有較強的綜合素養(yǎng)。從項目實施層面解析STEAM教育，從本質(zhì)上是一種逆向匹配思維，根據(jù)問題解決流程反推完成該流程需要的知識和能力，在某種角度看是對PBL與STEAM間關系的一種闡述。建立這種聯(lián)系的目的是為了讓兩種模式相互補充。

注：本文為投稿，文章為作者獨立觀點，不代表芥末堆立場。